ترموستات چیست؟ — به زبان ساده

بدون شک امروزه باید برای کنترل دمای خانه از وسیله‌ای استفاده و دمای مطلوب را روی آن تنظیم کنیم. این وسیله «ترموستات» (Thermostat) یا دماپا نامیده می‌شود. ترموستات یک اصطلاح جدید است که از دو واژه قدیمی یونانی «ترمو» (thermo) به معنی گرما و «ستات» (statos) به معنی ایستادن تشکیل شده است. با توجه به همین موارد و نام ترموستات می‌توانیم بگوییم که ترموستات «دما را نگه می‌دارد.» وقتی خانه بسیار سرد باشد، ترموستات سیستم گرمایش را روشن می‌کند و وقتی دما به سطحی رسید که از قبل آن را تنظیم کرده‌ایم، ترموستات سیستم گرمایش را قطع خواهد کرد.

بین ترموستات و ترمومتر یا همان دماسنج تفاوت وجود دارد. ترمومتر وسیله‌ای است که دما را اندازه می‌گیرد، در حالی که ترموستات دما را در سطح مشخصی نگه می‌دارد.

شکل زیر یک ترموستات الکترونیکی را نشان می‌دهد که دما اتاق را روی ۲۲٫۹ درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌کند. این ترموستات متفاوت از ترموستات مکانیکی عمل می‌کند.

ترموستات چگونه کار می‌کند؟

اما ترموستات چگونه کار می‌کند؟ اغلب مواد با گرم شدن بزرگ‌تر و به عبارت بهتر منبسط می‌شوند و هنگام سرد شدن دچار انقباض خواهند شد. ترموستات‌های مکانیکی از همین ایده بهره می‌برند (که انبساط حرارتی نامیده می‌شود) و یک مدار الکتریکی را قطع و وصل می‌کنند. دو نوع ترموستات رایج ترموستات با نوار بی‌متال یا نوار دو فلزی (Bimetallic Strip) و ترموستات گازی (Gas-filled Bellows) است.

فیلم آموزش برق و کنترل های تاسیسات در فرادرس

کلیک کنید

ترموستات بی‌متال

یک ترموستات عادی از دو قطعه فلز مختلف تشکیل شده که به هم چسبانده شده‌اند و چیزی را تشکیل می‌دهند که یک نوار دوفلزی یا بی‌متال نامیده می‌شود. نوار به عنوان یک کلید یا پل در یک مدار الکتریکی عمل می‌کند که به سیستم گرمایش خانه متصل شده است. وقتی کلید وصل می‌شود، در نوار جریان عبور می‌کند و گرمایش برقرار خواهد شد. وقتی نوار گرم شود، یکی از فلزها بیشتر از دیگری منبسط می‌شود و کل نوار اندکی خم خواهد شد. در نتیجه، مدار را باز خواهد کرد و کلید بالا خواهد رفت و در نتیجه آن، برق سریعاً قطع خواهد شد. این قطعی موجب قطع شدن سیستم گرمایش و در نتیجه، خنک شدن اتاق می‌شود.

فیلم آموزش تکنولوژی نیروگاه های بادی، آبی، بیوماس و امواج در فرادرس

کلیک کنید

اما پس از آن چه چیزی رخ خواهد داد؟ وقتی اتاق سرد شد، نوار نیز سرد می‌شود و از حالت خم‌شدگی به شکل قبلی خود باز می‌گردد. این اتفاق چه زود و چه دیر رخ دهد، نوار در مدار قرار می‌گیرد و مجدداً موجب برقراری جریان و در نتیجه، وصل شدن سیستم گرمایش می‌شود. با تنظیم مقدار دما، می‌توانیم دمایی را که در آن سیستم گرمایش قطع یا وصل می‌شود، تعیین کنیم. از آنجا که انبساط و تماس نوار مقداری زمان می‌برد، گرمایش به صورت مداوم و هر چند ثانیه یک بار قطع و وصل نمی‌شود. بسته به اینکه خانه چگونه عایق‌بندی شده باشد، ممکن است یک ساعت و حتی بیشتر طول بکشد که ترموستات پس از خاموش شدن مجدداً روشن شود.

مراحل عملکرد ترموستاتی بی‌متال به صورت زیر است:

• با استفاده از دکمه چرخان روی صفحه مدرج می‌توان دمایی را که در آن ترموستات قطع یا وصل می‌کند تنظیم کرد.
• دکمه از طریق یک مدار به سنسور دما (یک نوار بی‌متال که در شکل به صورت آبی و قرمز نشان داده شده) متصل شده است که یک مدار الکتریکی را با خم شدن قطع و وصل می‌کند.
• نوار بی‌متال (دو فلز) از دو نوار فلزی جدا تشکیل شده که به هم چسبانده شده‌اند؛ یک فلز برنجی (آبی) و یک فلز آهنی (قرمز).
• هنگام بالا رفتن دما، آهن کمتر از برنج منبسط می‌شود، بنایراین، نوار بی‌متال با افزایش دما دچار انحنا می‌شود.
• نوار بی‌متال بخشی از یک مدار الکتریکی (مسیر خاکستری) را تشکیل می‌دهد. وقتی نوار خنک می‌شود، انحراف دارد؛ بنابراین، مانند یک کلید در یک مدار الکتریکی عمل می‌کند که می‌تواند جریان را از خود عبور دهد. مدار وصل شده و در نتیجه گرمایش برقرار می‌شود. وقتی نوار گرم‌تر شود، خم شده و مدار قطع خواهد شد. در نتیجه، جریان الکتریکی وجود نخواهد داشت. اکنون مدار قطع است.

ترموستات گازی

یکی از معایب ترموستات بی‌متال این است که فرایند گرم یا سرد شدن مدت زیادی طول می‌کشد و این ترموستات‌ها واکنش سریعی نسبت به تغییرات دما ندارند. یک طراحی جایگزین برای ترموستات‌ها این است که ترموستات تغیییرات دما را با یک جفت دیسک فلزی که گاز بین آن‌ها پر شده سریع‌تر حس کند. این دیسک‌ها سطح بزرگی دارند و می‌توانند سریع‌تر نسبت به گرما پاسخ دهند. این دیسک‌ها موج‌دار هستند تا قابل ارتجاع و انعطاف‌پذیر باشند. وقتی اتاق گرم می‌شود، گاز درون صفحه‌ها منبسط شده و موجب جدا شدن دیسک‌ها از هم می‌شود. دیسک داخلی یک میکروسوئیچ را در میانه ترموستات جابه‌جا می‌کند. وظیفه این میکروسوئیچ قطع و وصل مدارالکتریکی و تنظیم مجدد دما است.

فیلم آموزش ترمودینامیک 1 – جامع و با مفاهیم کلیدی در فرادرس

کلیک کنید

وقتی اتاق سرد شود، گاز درون صفحات منقبض شده و دیسک‌های فلزی به سمت هم جابه‌جا می‌شوند. دیسک داخلی از میکروسوئیچ دور می‌شود و مدار را وصل کرده و مجدداً گرمایش را روشن می‌کند. این نوع ترموستات‌ها را می‌توان در موارد دیگر، مانند خودروهای قدیمی نیز یافت. در برخی موارد این ترموستات‌ها با یک مایع فرّار (با نقطه جوش پایین) مانند الکل رقیق شده پر می‌شوند. مواد شیمیایی درون این ترموستات‌ها به دماهایی بستگی دارد که قرار است در آن عمل کنند.

ترموستات مومی

طبق آنچه گفتیم، همه ترموستات‌های مکانیکی (غیر الکتریکی)، از موادی استفاده می‌کنند که اندازه یا شکل آن‌ها در اثر گرما تغییر می‌کند. ترموستات‌های بی‌متال مبتنی بر انبساط فلزها در هنگام گرم شدن هستند و ترموستات‌های گازی به انبساط گازها وابسته‌اند. بعضی از ترموستات‌ها از تغییر حالت ماده از مایع به گاز بهره می‌برند. ترموستات مومی رایج‌ترین این نوع ترموستات‌ها است که در شیرهای رادیاتورهای خانگی، موتور خودروها و میکسرهای دوش آب به کار می‌رود. با تغییر دما، موم ذوب می‌شود (حالت آن از جامد به مایع تغییر می‌کند)، بسیار منبسط می‌شود و میله‌ای را از محفظه به بیرون می‌راند که چیزی را روشن یا خاموش می‌کند (عملکرد سیستم خنک‌کاری موتور خودرو یا تنظیم ترکیب آب سرد و گرم در دوش آب و...). ترموستات مومی در شرایط سخت درون موتور خودرو ماندگارتر و قابل اعتمادتر است.

شیرهای ترموستاتی رادیاتور

شیرهای دما که معمولاً در رادیاتورهای گرمایش مرکزی به کار می‌روند از ترموستات‌های مومی استفاده می‌کنند. وقتی رادیاتور گرم می‌شود و دما به اندازه‌ای می‌رسد که آن را از پیش تنظیم کرده‌ایم، شیر مومی منبسط شده و جریان آب درون رادیاتور را تا جایی کاهش می‌دهد که مجدداً دما کاهش پیدا کند. این شیرهای دارای ترموستات اگر در اتاق‌ها مورد استفاده قرار گیرند، از گرم شدن بیش از حد اتاق جلوگیری می‌کنند و در نتیجه موجب کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه خواهند شد.

ترموستات‌های هوشمند مبتنی بر اینترنت

اغلب انسان‌ها یک‌سوم از شبانه‌روز را در خانه می‌گذرانند و سایر ساعت شبانه‌روز بیرون در محل کار یا در حال مسافرت هستند. به طور معمول، یک پروگرمر یا ترموستات در خانه وجود دارد که سیستم گرمایش را با توجه به زمان روز یا دما روشن یا خاموش کند. اما این سیستم در زمانی مفید است که در بهترین شرایط باشیم. به طور پیش‌فرض، برای جلوگیری از سرد شدن خانه، بسیاری از ما فقط گرما را زیاد می‌کنیم و مقدار زیادی انرژی و پول صرف می‌کنیم. این مشکل را جدیدترین نسل از ترموستات‌های هوشمند حل کرده‌اند. این ترموستات‌ها یاد می‌گیرند که شما درجه حرارت را در ساعات مختلف شبانه‌روز یا در طول هفته چگونه تغییر می‌دهید و آن را با دما و رطوبت مورد نظر مقایسه کرده و به طور خودکار در آینده اعمال می‌کنند.

در صورتی که مباحث بیان‌شده برای شما مفید بوده و می‌خواهید درباره موضوعات مرتبط، مطالب بیشتری یاد بگیرید، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش‌های زیر مراجعه کنید:

• مجموعه آموزش‌های مهندسی برق
• آموزش برق و کنترل های تاسیسات
• مجموعه آموزش‌های مهندسی مکانیک
• آموزش مقدماتی طراحی تاسیسات ساختمان در نرم‌ افزار رویت
• محاسبه قیمت برق از روی قبض — به زبان ساده
• منبع تغذیه سوئیچینگ — به زبان ساده
• تعویض باتری خودرو — به زبان ساده

^^